Kernkraft: Neuer Anlauf für eine alte Idee

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© Archivbild, Karl Peters, 1977 (Ausschnitt)

Brennkugeln | Die Graphitkugeln haben einen Durchmesser von 60 Millimetern und sind 200 Gramm schwer. In ihrem Innern befinden sich die Partikel, die das Uran enthalten. Sie sind – in der für das Foto durchgeschnittenen Kugel – als kleine schwarze Punkte erkennbar. Im April 2017 wurde der Reaktorkern in China mit Kugeln dieser Art beladen.

Der große Vorteil: Selbst wenn die Kühlung ausfällt, kann sich ein solcher Reaktor selbst kühlen. Die Graphitkugeln, von denen die radioaktiven Stoffe umhüllt sind, halten bis zu 3600 Grad aus und verdampfen dann – die gefürchtete Kernschmelze ist so ausgeschlossen. Die maximal mögliche Temperatur auf sichere Werte zu begrenzen, besteht zum Beispiel darin, den Reaktor in kleiner Bauweise mit nur 200 Megawatt (MW) elektrischer Leistung – analog etwa 25 Off-Shore-Windrädern – zu betreiben. Im Vergleich dazu: Ein moderner Reaktortyp der dritten Generation, der europäische Druckwasserreaktor, soll insgesamt 1600 Megawatt Leistung liefern.

Die Gesellschaft für Reaktorsicherheit (GRS) hatte in einer Studie die Sicherheit von Kraftwerken kleiner modularer Bauweise international unter die Lupe genommen. Der chinesische HTR-PM gehört mit seinen 210 MW elektrischer Leistung dazu. Das Konzept eines HTR zählt für die GRS zu den Typen mit den »höchsten Sicherheitsstandards«. Auch Hans-Josef Allelein, Professor für Reaktorsicherheit an der RWTH Aachen, hält es – sofern die ihm vorliegenden chinesischen Einschätzungen zuträfen, schränkt er ein – für ein sicheres Kernkraftwerk.

In anderen Studien allerdings warnen Forscherinnen und Forscher, dass eine Kernschmelze bei diesem Reaktortyp nicht das größte Problem sei. Bei so hohen Temperaturen nämlich reagiert Graphit heftig mit Wasser oder Sauerstoff, die in den Reaktor eindringen könnten. Diese Möglichkeit macht Fachleuten Sorgen. Denn die Chinesen betreiben den Reaktor auch mit Wasser. Im ursprünglichen Entwurf sollte das heiße und trockene Helium bei 1000 Grad Celsius direkt die elektrischen Turbinen antreiben, auf Wasser könnte so komplett verzichtet werden. Doch eine Turbine, die das aushält, gibt es bislang nicht. Damit war der frühere HTR 2003 in Südafrika geplant. Diesen Aufbau haben sie in China abgespeckt.

Risikofaktor Wasser

In der chinesischen Anlage heizt daher das heiße Gas in einem zweiten Kreislauf Wasser auf, das dann die Turbinen bei verträglicheren Temperaturen antreibt. Allerdings haben »die Helium-Wasserdampferzeuger als Unikate bisher keine Tests unter Betriebsbedingungen durchlaufen«, so der Aachener Experte Allelein.

Der Chemiker und Kernforscher Rainer Moormann, ein früherer Mitarbeiter im damaligen Kernforschungszentrum Jülich, geht außerdem davon aus, dass mehrere aktive Sicherheitssysteme das chinesische Kraftwerk vor Wasserdampf schützen: Dass Wasserdampferzeuger mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit lecken, sei schließlich bekannt. Er meint aber, die Störfalllage könne schnell unübersichtlich werden, daher warnt der Kernforscher vor zu wenigen Schutzmaßnahmen an dieser Stelle und schlägt weiter noch deutlich mehr konkrete Sicherungen vor. Immerhin müssten im Notfall die Hardware und die Menschen fehlerfrei reagieren. Dringt Wasserdampf aus diesem zweiten Kreislauf in den heißen Reaktorkern ein, wäre der Vorteil des inhärenten Selbstschutzes in Gefahr, das Graphit könnte überhitzen und mit dem Wasser reagieren.

Ein Grundproblem: Die technische Ausführung des chinesischen Reaktoraufbaus ist kaum bekannt. Dass es auch anders geht, zeigen die veröffentlichten Genehmigungsunterlagen der Anlagen in den USA oder Großbritannien, die – trotz Schwärzungen – deutlich aussagekräftiger seien. Aber auch jenseits der konkreten technischen Details des chinesischen Reaktors stellen sich nach wie vor die alten, grundsätzlichen Fragen über diesen neuen Typ von Kernkraftwerk. Kaum einer weiß, wie sich die fast 250 000 Kugeln in einem Reaktor im Betrieb verhalten. »Wie überwache ich überhaupt deren Zustand? Entstehen versteckte Hotspots mit lokalen Temperaturspitzen? Wie stark reiben sie sich im Betrieb ab oder können sie gar zerbrechen?«, fragt der Darmstädter Sicherheitsexperte Pistner.

Die Unsicherheit in Bezug auf Abrieb und die dabei entstehenden feinen, vermutlich hochgefährlichen Partikel kritisiert auch der Kernforscher Moormann zusammen mit zwei Wissenschaftlern des MIT in einem aktuellen Fachkommentar in »Joule«. Gerade in heißem Heliumgas sei die Staubphysik nicht vollständig verstanden. »Graphit ist zwar ein hervorragendes Schmiermittel, aber in trockener Umgebung reiben sich die Kugeln ab.«



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